Protein mühendisliği ve yapay zeka alanında 2025 yılının gelecek vadeden çalışmalardan biri olan EsmGFP(Evolutionarily simulated green fluorescent protein), ESM–3 (Evolutionary Scale Modeling 3) adlı bir AI modeli kullanılarak doğada mevcut olmayan ve 500 milyon yıllık moleküler evrimin taklit edilmesi ile tasarlanmış yeşil floresan proteinidir. EvolutionaryScale ve Arc Enstitüsü’nde protein yapı ve tahmin için geliştirilen AI modeli ESM–3, 2.78 milyar protein dizisinin verileriyle eğitildikten sonra floresandan sorumlu kısımlara odaklanılması sağlanarak EsmGFPgeliştirildi [1].
Evrimi Simüle Eden Yapay Zeka Modeli: ESM-3
ESM-3, META’dan eski araştırmacılar tarafından kurulan EvolutionaryScale ile geliştirilmiştir. Önceki ESM-1 ve ESM-2 modelleri, sadece protein yapı tahmini yapabiliyordu.SARS-CoV-2 dahil patojenlere karşı geliştirilmiş aktiviteye sahip antikorlar tasarlamak ve gen düzenleme araçlarının verimliliğini artırmak için ESM-1 versiyonlarını kullandılar.ESM-3 ise AI ile bu işi sıfırdan yapabilmektedir [2]. Esasında bu bir biyolojik dil modelidir. Doğal dil işleme (NLP) modellerine benzer çalışır. Cümle ve kelimeler yerine protein dizileri vardır ve bunları tahmin etmeye çalışır. Böylece proteinin evrimi, yapay zeka tarafından taklit edilmiş olur.Bunun için devasa miktarda protein verisinin eğitilmesi gereklidir. Böylece proteinin 3B yapısı ve işlevinin yanı sıra,evrimsel geçmişi de tahmin edilebilmektedir. ESM-3, doğada gözlemlenmesine gerek kalmadan proteinin dizisinin sürecini anlayabilmektedir. Üretilen dizi, laboratuvarda maya ya da bakteri hücresine aktarılır ve floresan özelliği test edilir. EsmGFP bu şekilde oluşturulmuş bir floresan proteindir.Yüzde 58 oranında yeşil floresan proteine (GFP) benzemektedir [3]. Doğal bir protein olmamasına rağmen kendiliğinden katlanabilme özelliği göstermiştir. 500 milyon yılda oluşabilecek bu protein, yapay zeka modelleri sayesinde2-3 haftada üretilebilmektedir.
Görsel 1: ESM–3, 500 milyon yıllık evrimi simüle edebilen protein dil modelidir. Bu resimde, oluşturulan proteinlerin katlanma yapıları ve 3B yapısı vurgulanmaktadır.
Neden Floresan Protein Seçildi?
Araştırmacılar, GFP’yi 1960’larda biyolüminesan denizanası Aequorea victoria’dan izole ettiler [4]. Daha sonra Nobel ödülüne layık gösterilen bazı çalışmalarda bu proteinin moleküler temelleri açıklandı ve sentetik versiyonları geliştirildi. Yeşil floresan protein olan GFP, biyoteknoloji dünyasının önemli test proteini haline geldi.
Proteinler, doğada rastgele mutasyonlar ve doğal seçilim yoluyla şekillenir. Çalışmanın amaçlarından biri de bu yolu bir yapay zeka dil modeli ile simüle edip doğal olan proteinlerle karşılaştırmaktı. GFP, bu karşılaştırmayı kolaylaştıracak özelliktedir [5]. Çünkü, protein ışıldarsa sistem çalışıyor demektir ve bu sayede hızlı ve doğrudan test edilebilmektedir. Floresan özellik görsel bir ispat sağlar ve çoğu çalışmada kullanılmaktadır. Bu çalışmada da kolay ölçülebilirlik ve doğrudan doğrulama özelliklerinden dolayı GFP seçilmiştir.Bu sayede yapay ve doğal protein karşılaştırılması kolaylaştırılmıştır.
Önemi ve Potansiyel Kullanım Alanları
EsmGFP, yapay zeka dil modeli kullanılarak sıfırdan tasarlanmış proteindir. İlgili makalede çalışmanın amacı;yapay zekanın sadece protein yapı tahmini yapmadığını, sıfırdan işlevsel proteinler de oluşturabileceğinden bahsetmektir. 500 milyon yıllık varsayımsal evrimle doğada hiç var olmamış bir protein ilk kez işlevsel üretildi. Bu gelişme, ihtiyaca göre sıfırdan biyomolekül üretilebileceğini gösteriyor. İlaç tasarımı, sentetik biyoloji, biyosensör alanlarında önemli bir potansiyele sahiptir. Kişiye özgü tedavi yaklaşımında hedefe özgü biyomoleküller geliştirilebilir. Gelecekte ilaç, antikor ve enzim gibi yapılar üretebilir. Ayrıca, çevreci biyoteknolojik çalışmalar için de önemli yere sahip olabilir.
Evrimini simüle edip sıfırdan işlevsel bir protein tasarlamak yalnızca teknolojik bir gelişme değil, bilimin sınırlarında dolaşan bir gelişmedir. Belki de evrim yalnızca doğada değil, kodların içinde de devam ediyordur.
KAYNAKÇA
[1]Callaway, E. (2024, July 8). Ex-Meta scientists debut gigantic AI protein design model. Nature. https://doi.org/10.1038/d41586-024-02214-x
[2]EvolutionaryScale. (2024). Frontier AI for the life sciences. https://www.evolutionaryscale.ai/
[3]Pester, P. (2025, January 28). New glowing molecule, invented by AI, would have taken 500 million years to evolve in nature, scientists say. Live Science. https://www.livescience.com/technology/artificial-intelligence/new-glowing-molecule-invented-by-ai-would-have-taken-500-million-years-to-evolve-in-nature-scientists-say
[4]Nature Editors. (2024, Temmuz). Ex-Meta scientists debut gigantic AI protein design model. Nature.
https://doi.org/10.1038/d41586-024-02214-x
[5]Millán, M. I., & Becú-Villalobos, D. (2009). The green fluorescent protein that glows in bioscience. Medicina (B Aires), 69(3), 370–374. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/19622489/
GÖRSEL KAYNAKLAR
Görsel.1EvolutionaryScale. (2024). Frontier AI for the life sciences. https://www.evolutionaryscale.ai/
Denetleyen: Raziye Demir
